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1 # 理性科普者
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2 # 鍾銘聊科學
想要測量一個東西,就要像瞭解它的特性,質子是在量子的尺度下。
在這尺度下要準確測量一個質子的半徑幾乎是不可能的,因為有不確定性原理的存在,所以,我們只能估算出一個數量級來。
具體的測量方法其實也很好理解,我竟然說的簡單一點。你可以想想,如果有個圈,圈子裡有個圈,在知道外面這個圈的面積的基礎之上,你如何能夠測出裡面那個圈的面積?
其實無論是測電子還是質子,本質上都是這麼一個問題。(根據康普頓的理論,我們假設有半徑的情況)
其實方法也很簡單,就是撒豆子,拿一把大豆子,在不刻意的情況下,放上曬,然後數一數在圈裡的豆子,根據比例就可以算出來。
對於粒子半徑的測量,我們沒有豆子,但是我們有高能粒子加速器,一個個粒子往上打就和撒豆子是一個意思了。諾獎得主華裔科學家丁肇中就做過這類似的實驗。
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3 # 文章醫生
據查。不同的試驗(測量)方法給出的答案是不同的 :
如果按照測量機率分佈半徑的方法,質子的半徑等於1.5乘以10的負15次方米;
如果用測量核力作用的方法,質子的半徑為0.8乘以10的負15次方米。
據此,為普通人的一般化的瞭解或理解,是不是可以直接表述為 :
質子的半徑約等於11.5乘以10的負15次方米?
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4 # 淡漠乾坤
根據宇宙有機的量子景觀,自然界由離散的量子和由一定數量的量子組成的封閉體系等兩大類組成。前者為空間,是認識的背景;後者為物質,是認識的物件。無論是量子還是封閉體系即基本粒子,都具有角動量不變性即mrv為一個不變的常數。量子的角動量是普朗克常數h,基本粒子的角動量也是一個常數,與基本粒子的能量和狀態無關。電子和質子是封閉體系的兩個基態,而其他輕子和重子分別是上述兩個基態的激發態,類似原子光譜。基本粒子的角動量也是可以計算出來的(這裡略過推導過程),約為普朗克常數的一億分之一。由於電子是最小的基本粒子,如果電子的自旋速度小於或等於光速,且已知電子的質量,則根據粒子的角動量就可以計算出電子的半徑,為大於或等於1.07x10-17釐米。由於基本粒子是由量子組成的封閉體系,是空心的,所以質量與半徑的平方成正比。由此,根據電子的質量、半徑以及質子的質量,可以計算出質子的半徑,該半徑大於或等於4.58x10-16釐米。至於測量質子的半徑,可以套用氣體分子半徑公式並根據真空量子密度、質子在真空中的自由程,就可以計算出質子的半徑。於是,在真空中測量質子的自由程就等於測量了質子的半徑。之所以要求在真空的條件下測量,是因為在該條件下量子及質子可以進行彈性碰撞符合氣體分子半徑公式的條件。
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5 # 活的自在點
談談我個人的測試方法!
測量質子的質量不是問題,因為質子帶有一個正電荷。透過迴旋加速器測出質子的質荷比,便得知了一個質子的質量,並且這個資料是非常準確的。低級別的迴旋加速器都能做到。
眾所周知,中子星是萬有引力引起恆星崩潰形成的只有中子的星,是由原子核外的電子併入原子核內把質子變為了中子。也就說中子星已經沒有原子核空間結構了,形成了一個個排列緻密的中子。
此時透過計算中子星引力及尺寸。透過引力計算出中子星質量,透過尺寸算出中子星密度。前面我們已知了一個質子的質量。所以就算出一個質子的尺寸。
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質子是一種亞原子粒子,帶電量為1.6x10^-19庫侖的正電荷,其半徑約0.8-0.9x10^-15m,不同物質,其質子的大小有一定的差異。
關於半徑問題,有幾種理解方法,把質子看成是球形,這種半徑的方法,就是上面的參考資料。如果質子繞著一箇中心運動,其半徑為軌道半徑。如果根據電荷的分佈,半徑的含義為電荷半徑。在微觀世界裡,半徑的概念不是十分清楚,例如,電子運動的半徑就是不確定的,所以,才用"電子雲"來描述它。原子的半徑也不是很清晰的。
所以,討論微觀粒子的半徑無實際意義,要談其半徑的測量方法,質子的半徑也只是一個統計資料,說明白一點,是一個平均值。舉一個例子說明其半徑的測量方法吧。藉助於隧道掃描顯微鏡,把一定數量的原子排列起來,測出其總長度,然後除以原子的個數,就是原子的直徑,這種方法,在物理學上叫累積法,是測量微小物體長度的基本方法。再除2就是半徑資料了。
微觀世界裡,不可能直接測量半徑,都是間接測量的結果,除了上述測量方法測半徑外,還可以用洛淪磁力來推算出半徑。大量的電子和質子碰撞,遵循動量守恆定律,它們會透過電磁場交換動量,根據彈性碰撞的次數和流密度的計算方法,推算出彈性碰撞的橫截面積,換算為半徑也是間接測量方法的一種。